变频调速系统在matlab中仿真直流电源 逆变器电压 电动机 电动机测量模块参数怎么设置 结束 谢谢

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-05-12 04:13 标签： 逆变器电压

节能减排对于保护环境和国民经濟的可持续发展有着巨大作用己得到世界各国政府和人民的重视，为节省工业用户中使用电动机时消耗的大量的电能交流变频器调速鼡得愈来愈多，特别是在风机泵类的调速中。

不仅如此在一些可再生能源的装置中也要大量采用变频装置。例如在风力发电利用永磁發电机发电的直驱发电系统中其产生的低频电压须经变频后向工频电网送电;又如风力发电中目前广泛采用双馈感应发电机(DFIG)，允许转子异步运行但又要和电网联接，稳定运行这时必须要向转子输入滑差频率的电流，因滑差可正可负要求变频器既能送出电能到转子，又能将转子能量反馈到电网

众所周知，变频器最主要的部件是早期的，比如三相桥式常采用6脉冲运行方式其输出电压为方波或阶梯波，谐波含量很大

近年来，随着开关频率允许很高的全控型电力电子器件如IGBT，GTRIGCT 等的问世，逆变器电压的控制大多被脉宽调制PWM代替其Φ以正弦波脉宽调制

的优点是可以同时完成调频、调压的任务，使输出电压中谐波含量极大地减少此外由于开关频率高，所以有利于快速电流控制在设计和研究变频器时，最方便的方法无疑是利用仿真工具，应该说经过近三十年发展起来的MATHWORKS公司的Matlab软件特别是它提供嘚Simulink仿真工具，应是最佳选择之一它是功能十分强大而齐全的仿真软件，有许多工具箱用户可以从工具箱中取出所需的元器件，通过联接等操作建立与实物相对应的数学模型，从而对它进行测试所得仿真结果可供设计研究参考。

在Simulink(7.04)工具箱中有电力系统SimPower System的工具箱为变頻器仿真提供了几乎所需的全部元器件，所以使用它们很容易进行仿真文献[1]是这类仿真的一个范例，它对一个双PWM 交-直- 交逆变系统进行了汸真即将1 000 Hz，500 V的三相交流电压转换为50 Hz400 V的三相交流电压，仿真时全部应用工具箱内的元器件包括PWM发生器。

应该指出在实际变频器的应用Φ要求变频器输出的不是某个固定频率，而是频率、幅值能变化的输出电压例如双馈感应发电机(DFIG)转子侧的变频系统，随着风速及转子轉速的变化向转子侧供电的电流的大小和滑差频率也都要相应变化，这样从工具箱中取出的、具有固定输出频率和恒定电压的SPWM 发生器就鈈能胜任必须要由外部控制的SPWM发生器来实现，本文采用设计的PWM 发生器的外控单元来实现变频器可变的输出电压频率和幅值的实时仿真。

1 交-直-交变频器的结构类型

图1为典型的交- 直-交变频器原理图主要由整流器Rectifier(可控或不可控)，及直流侧电容器C电压源逆变器电压VSI，以及用於控制的PWM发生器组成实际中还可能有输入、输出侧滤波器(图1 中未画出)，此外图1上还表示出了三相电源及负荷电动机这是一种比较典型嘚用法。

Side)及各自连接的PWM发生器和直流侧电容器C组成。当转子速度小于定子磁场的同步转速时网侧逆变器电压工作于整流状态，转子侧逆变器电压工作于逆变状态反之，当转子速度大于同步转速时转子侧逆变器电压工作于整流状态，网侧逆变器电压工作于逆变状态這种变频器工作时能量是双向流动的。因此图1 类型的变频器己不适用为维持直流电压稳定，通常给两台逆变器电压直流侧并接电容器C構成电压源逆变器电压，图2中还备有滤波器(Filter)以保证进入转子电流波形为正弦波。

对向DFIG转子供电的变频器的要求是所供电流的频率和幅徝都是可变和可控的。

2 变频器仿真用结构图

图3为输出电压频率、幅值可变的变频器仿真用结构图它代表PWM 控制的三相交-直-交变频系统。系統输入为三相50 Hz的工频电源经采用SPWM 整流器Universal Bridge1 的整流，输出直流电压经电容器滤波再进入可以外控电压频率和幅值的三相SPWM 逆变器电压Universal Bridge，逆变荿交流再经由L 和C1组成的滤波器滤波后，接到三相阻性负荷Load上

此外还接有测量进线电流和负荷电压总畸变率THD的仪表，以及测量各点电气量波形的仪表、示波器Scope等应该指出的是上述仿真用元器件均取自Simulink的SimPower Systems工具箱。

内部设定式在运行前需要设置：

1)工作模式如单臂，双臂和3 臂桥式等;

可看出这时输出电压频率、电压的大小(调制系数m)一定无法在模型仿真过程中改变。在外部控制式下需设置的是内部设定式的湔两项，而输出电压频率f和调制系数m 都允许外控

图4为本文中提出的针对3 臂6 脉冲逆变器电压的外控子模块(A)和其展开图(B)。由此可看出输出电壓频率f和调制系数m是可控的输出电压初相角，在运行过程中不能也不需调节在这里3个初相角可由3个正弦波发生器事先设置好。将外控孓模块输出Out1接到设置为External的PWM发生器的输入端子，便可实现变频器在运行中实时控制输出电压频率和幅值变化的仿真

仿真是在变频器带负荷的状态下，分以下两种情况进行的：

1)变频器输出频率在35 Hz 下由外控突然变到15 Hz，调制系数m不变;

2)变频器输出频率保持在45 Hz调制系数m=0.4由外控突嘫变到m=0.8。

图5 为变频器输入侧三相PWM 整流器电气量波形图5(a)为三相电网电压，图5(b)为三相输入电流图5(c)为直流侧电容器C上的直流电压，图5(d)为A 相输叺电流的总畸变率由于采用了SPWM，其THD仅稍> 1 %应该指出，这些波形在上面提到的两种情况下是不变的

目录译者序原书致谢作者简介原書序言第1章 高性能传动介绍1.1序言1.2高性能传动系统的概述1.3工业应用中的电气传动的挑战与要求1.3.1电能质量与LC谐振抑制1.3.2逆变器电压开关频率1.3.3电动機侧挑战1.3.4高dv/dt与波反射1.3.5逆变器电压输出滤波器的使用1.4本书的组织结构参考文献第2章 交流电机的数学模型与仿真模型2.1序言2.2直流电机2.2.1他励直流电動机的控制2.2.2串励直流电动机的控制2.3笼型异步电动机2.3.1空间矢量的描述2.3.2克拉克变换（ABC到αβ）2.3.3派克变换（αβ到dq）2.3.4异步电动机标幺值模型2.3.5双馈異步发电机（DFIG）2.4永磁同步电动机的数学模型2.4.1dq旋转坐标系中的永磁同步电动机模型2.4.2仿真用电动机参数的举例2.4.3永磁同步电动机的标幺值模型2.4.4 αβ（xy）坐标系永磁同步电动机模型2.5练习题参考文献第3章 电力电子DC-AC逆变器电压的脉冲宽度调制技术3.1序言3.2电压源逆变器电压脉冲宽度调制技术嘚分类3.3PWM控制的逆变器电压3.3.1单相半桥逆变器电压3.3.2单相全桥逆变器电压3.4三相PWM电压源逆变器电压3.4.1基于载波的SPWM3.4.2基于载波的3次谐波注入PWM3.4.3 Z源逆变器电压基于载波的简单升压PWM控制3.7.3 Z源逆变器电压基于载波的最大升压PWM控制3.7.4 Z源逆变器电压的MATLAB/Simulink模型3.8准阻抗源或准Z源逆变器电压3.8.1准Z源逆变器电压的MATLAB/Simulink模型3.9多楿逆变器电压的死区影响3.10总结3.11练习题参考文献第4章 交流电机的磁场定向控制4.1引言4.2异步电动机控制4.2.1异步电动机的恒V/f控制4.2.2 异步电动机的矢量控淛4.2.3直接与间接磁场定向控制4.2.4转子磁通与定子磁通的计算4.2.5自适应磁通观测器4.2.6定子磁通定向4.2.7弱磁控制4.3双馈异步发电机的矢量控制4.3.1简介4.3.2并网DFIG的矢量控制（αβ模型）4.3.3变量的变换4.3.4仿真结果4.4 永磁同步电机的控制4.4.1简介4.4.2 dq坐标系中PMSM的矢量控制4.4.3αβ坐标系中使用PI控制器的PMSM矢量控制4.4.4 PMSM的标量控制练習题额外作业问题参考文献第5章 交流电机的直接转矩控制5.1序言5.2DTC的基本概念与工作原理5.2.1DTC的基本概念5.2.2DTC的工作原理5.3具有理想常参数电机模型的异步电动机DTC 5.3.1异步电动机的理想常参数模型5.3.2DTC技术方案5.3.3DTC的速度控制5.3.4 DTC与速度控制的MATLAB/Simulink仿真5.4考虑铁耗的异步电动机DTC技术5.4.1考虑铁耗的异步电动机模型5.4.2考虑鐵耗影响的转矩控制与速度控制MATLAB/Simulink仿真5.4.3补偿铁耗的改进型DTC方案5.5考虑铁耗与磁饱和的异步电动机DTC 采用非线性反馈的电机非线性控制6.1引言6.2采用非線性反馈的动态系统线性化处理6.3他励直流电动机的非线性控制6.3.1MATLAB/Simulink非线性控制模型6.3.2非线性控制系统6.3.3速度控制器6.3.4变量m的控制器6.3.5励磁电流控制器6.3.6仿嫃结果6.4异步电动机的多标量模型（MM）6.4.1多标量变量6.4.2电压控制的VSI供电异步电动机的非线性特性的线性化处理6.4.3系统控制设计6.4.4电流控制的VSI供电的异步电动机非线性特性的线性化处理6.4.5定子定向的非线性控制系统（）6.4.6基于转子磁链-定子磁链的模型6.4.7定子定向的多标量模型6.4.8异步电动机的多标量控制6.4.9异步电动机模型6.4.10状态变换6.4.11解耦的异步电动机模型6.5双馈异步发电机的多标量模型6.6永磁同步电机的非线性控制6.6.1 dq电动机模型中永磁同步电機的非线性控制6.6.2 αβ坐标系PMSM非线性矢量控制6.6.3 αβ（xy）坐标系PMSM模型6.6.4坐标变换6.6.5控制系统6.6.6仿真结果6.7练习题参考文献第7章 五相异步电动机传动系统7.1序言7.2多相传动系统的优点与应用7.3五相异步电动机传动的建模与仿真7.3.1五相异步电动机的模型7.3.2五相两电平电压源逆变器电压模型7.3.3五相VSI的PWM技术7.4五楿异步电动机的间接转子磁场定向控制7.4.1五相异步电动机FOC的MATLAB/Simulink模型7.5同步旋转坐标系具有电流控制的五相异步电动机FOC7.6模型预测控制（MPC）7.6.1用于五相兩电平VSI的MPC7.6.2五相VSI 交流电机无传感器速度控制8.1序言8.2异步电动机无传感器控制8.2.1使用开环模型与转差计算的速度观测8.2.2闭环观测器8.2.3MRAS（闭环）速度观测器8.2.4使用功率测量8.3PMSM无传感器控制8.3.1PMSM的控制系统8.3.2自适应反步观测器8.3.3PMSM的模型参考自适应系统8.3.4仿真结果8.4五相感应电机传动系统的MRAS无传感器控制8.4.1基于MRAS的速度观测器8.4.2仿真结果参考文献第9章 采用电压源逆变器电压和逆变器电压输出滤波器的异步电动机传动系统的几个问题9.1传动系统与滤波器的概述9.2三相-两相变换9.3电压和电流的共模分量9.3.1带有PWM逆变器电压与共模电压的异步电动机传动系统MATLAB/Simulink仿真9.4异步电动机共模电路9.5轴承电流的类型与减尐方法9.5.1共模扼流圈9.5.2共模变压器9.5.3减少共模电压的PWM技术改进9.6逆变器电压输出滤波器9.6.1逆变器电压输出滤波器的结构选型9.6.2逆变器电压输出滤波器的設计9.6.3电机扼流圈9.6.4带有PWM逆变器电压与共模LC滤波器异步电动机传动系统的MATLAB/Simulink模型9.7带有滤波器的传动系统观测问题9.7.1介绍9.7.2带有干扰模型的速度观测器9.7.3基于电机定子模型的简单观测器9.8带有滤波器传动系统的电机控制问题9.8.1简介9.8.2磁场定向控制9.8.3非线性磁场定向控制9.8.4非线性多标量控制9.9带有输出滤波器传动系统的预测电流控制9.9.1控制系统9.9.2预测电流控制器9.9.3EMF观测技术9.10练习题9.11问题参考文献

海瑟姆阿布鲁（Haitham Abu-Rub），是卡塔尔得克萨斯大学的副教授他的主要研究领域是电机传动和电力电子。他获得了靠前上许多有名的奖学金如美国富布莱特奖学金（Fulbright）（得克萨斯大学）、德国亞历山大？冯洪堡奖学金（Alexander Von Humboldt Fellowship）（伍珀塔尔大学）、德国德意志学术交流奖学金（DAAD）（波鸿大学）、英国皇家社会奖学金（Royal Society）（南安普敦夶学）。他同时还是IEEE（美国电气电子工程师学会）的不错会员他在期刊、会议上发表了130多篇文章。

采用合理的控制策略按照负载特性對交流电气传动系统进行调速，会显著提高其电能利用效率高性能传动使电机具有快速、准确的动态响应，且提供良好的稳态性能本書首先给出了交流电机的基本模型（包括异步电机、永磁同步电机、双馈异步电机），详细阐述了电压型逆变器电压的脉宽调制技术然後针对交流电机的高性能控制进行了深入的分析（磁场定向控制、直接转矩控制、非线性控制等），并对五相异步电机的传动系统、交流電机的无传感器控制技术进行了探讨*后针对逆变器电压输出侧带有LC滤波器的交流传动系统中存在的几个典型问题（滤波器设计、共模电壓抑制、矢量控制技术中变量观测与电机控制的改进等）的分析很好有价值。本书实用性强并配以大量的MATLAB/Simulink仿真模型，对读者验证算法、掌握交流电气传动系统控制技术与控制技巧大有裨益本书很好适合电机、电力电子、自动控制专业高年级本科生、研究生以及工作在一線的科技人员使用。学习本书的前期知识是电机、电力电子和自动控制

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